CN105445498A - Sem下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法，涉及微纳操作及控制领域。解决了在纳米操控领域，由于尺寸效应，易出现的纳米操作过程中轨迹规划困难及跟踪精度过低的问题。SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法包括以下步骤：步骤一、采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规划方法；步骤二、设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪方法；步骤三、跟踪规划轨迹。本发明通过五次函数规划的轨迹，满足探针实际运动轨迹，且对微纳环境下轨迹跟踪的精度极高。本发明适用于微纳观环境下的探针轨迹规划及跟踪。
Description
技术领域
本方法适用于SEM微纳操作系统的探针轨迹规划方面的工作，适用于模式识别与智能系统领域。
背景技术
目前，在纳米研究领域，微纳操作的自动化可以去除人为因素的扰动，对于重复操作的任务，自动操作与人工操作相比精度显著提高，因此自动纳米操作技术受到越来越广泛的关注和研究，故高精度的轨迹规划及跟踪方法为纳米操作自动控制的实现提供了必要条件。
发明内容
本发明为了解决在纳米研究领域，自动纳米操作控制系统操作时轨迹规划及跟踪精度低的问题，提出了SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法。
SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法包括以下步骤：
步骤一、采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规划方法；
步骤二、设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪方法；
步骤三、跟踪规划轨迹。
步骤一中所述的采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规划方法为：
步骤一一、根据Attocube间相对平动位移角及其与样本平台旋转角与时间的函数求出探针针尖在关键路径点的Attocube相对角变量；
步骤一二、采用相对角度和旋转角度变化值插值计算生成角度变化轨迹的时间函数；
步骤一三、采用分段轨迹规划方法，基于一定约束条件建立五次函数轨迹规划方法；
步骤一四、仿真检测轨迹规划曲线是否达到预设值，当没有达到预定精确度时，返回执行步骤一一，当达到预定精确度，完成规划函数建立。
步骤二中所述的设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪的方法为：
步骤二一、使用跟踪误差函数，分析Attocube参数不确定系统的误差函数；
步骤二二、通过线性矩阵数学计算最优逆矩阵，基于控制理论设计前馈控制器；
步骤二三、基于前馈控制器的影响，结合权函数设计反馈控制器传递函数；
步骤二四、将设计好的前馈控制器和反馈控制器进行联合控制，并调整参数，确定最优轨迹跟踪参数。
步骤三中所述的跟踪规划轨迹具体方法为：
步骤三一、假定探针从起点到终点的四个关键点的姿态；
步骤三二、应用matlab软件使用五次函数对假设的四个关键点进行轨迹规划；
步骤三三、确定规划轨迹是否满足预定精度，当没有满足精度时，返回步骤三二，当满足精度时，执行步骤三四；
步骤三四、使用前馈和反馈联合控制对已规划轨迹分别在X和Y方向进行跟踪验证；
步骤三五、确定跟踪轨迹的准确率是否达到预设值，当没有达到预设准确率时，返回步骤三四，当准确率达到预设值时，完成轨迹跟踪操作。
有益效果：
本发明使用五次函数轨迹规划方法对探针的整个运动过程进行轨迹分段规划，仿真各参数曲线平滑，无跳变现象，可以很好满足自动微纳操作的轨迹规划任务。本发明根据微纳操作系统参数不确定特点，并考虑前馈控制器对反馈控制器设计的影响，提出一种前馈和反馈控制器联合控制的轨迹跟踪方法，对五次函数规划的轨迹进行跟踪控制，仿真表明该方法具有精确的轨迹跟踪性能。
附图说明：
图1是具体实施方式一所述的SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法流程图；
图2是具体实施方案二所述的采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规划的方法流程图；
图3是具体实施方案三所述的前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪系统控制框图；
图4是具体实施方案四所述的跟踪规划轨迹具体方法流程图。
Claims (4)
1.SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法，其特征在是：采用五次函数规划方法对已取关键点的轨迹进行规划，并设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪方法，确保轨迹规划的精度和轨迹跟踪的准确度。
2.根据权利要求1所述探针轨迹规划及跟踪方法，五次函数规划方法特征是：根据Attocube间相对平动位移角及其与样本平台旋转角与时间的函数求出探针针尖在关键路径点的Attocube相对角变量，采用相对角度和旋转角度变化值插值计算生成角度变化轨迹的时间函数，采用分段轨迹规划方法，基于一定约束条件建立五次函数轨迹规划方法，确保轨迹规划的精度。
3.根据权利要求1所述的探针轨迹规划及跟踪方法，设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪的特征是：使用跟踪误差函数，分析Attocube参数不确定系统的误差函数，通过线性矩阵数学计算最优逆矩阵，基于控制理论设计前馈控制器，基于前馈控制器的影响，结合权函数设计反馈控制器传递函数，将设计好的前馈控制器和反馈控制器进行联合控制，并调整参数，确定最优轨迹跟踪参数。
4.根据权利要求1所述的探针轨迹规划及跟踪方法，跟踪规划轨迹的特征是：假定探针从起点到终点的四个关键点的姿态，应用matlab软件使用五次函数对假设的四个关键点进行轨迹规划，使用前馈和反馈联合控制对已规划轨迹分别在X和Y方向进行跟踪验证。
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Citations (4)
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| JP2003028772A (ja) * | 2001-07-12 | 2003-01-29 | Hitachi Kenki Fine Tech Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡およびその測定設定方法 |
| CN1715988A (zh) * | 2005-06-14 | 2006-01-04 | 清华大学 | 微操作探针 |
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Non-Patent Citations (1)
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